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Classi e sottoclassi di anticorpi

Università di Roma Tor Vergata - Corso di Laurea in Scienze Biologiche - Immunologia Molecolare - dott. Claudio PIOLI - a.a. 2012/2013

Anticorpi: classi e sottoclassi

• In base alla catena pesante gli anticorpi sono divisi in classi e sottoclassi – Classi o isotipi

• IgA, IgD, IgE, IgG, IgM

– Sottoclassi • IgA1 e IgA2

– nel topo una sola

• IgG1, IgG2, IgG3, IgG4 – nel topo, IgG1, IgG2a, IgG2b, IgG3

• Le catene pesanti sono identificate con lettere greche – IgA, a - IgG, g - IgD, d - IgE, e - IgM, m

• Anticorpi di classi e sottoclassi diverse svolgono funzioni effettrici diverse


Anticorpi: classi e sottoclassi

• 2 classi o isotipi di catene leggere

– k (kappa)

– l (lamba)

• Ciascun anticorpo ha o 2 catene k o 2 catene l

• Nell’uomo, circa il 60% degli anticorpi hanno k

• Nel topo, anticorpi con k 10 volte più frequenti di quelli con l

• Non sono note funzioni diverse tra i 2 isotipi di catene leggere


J

ponte

disolfuro

IgM

(pentamero) IgM

• IgM rappresentano 5-10%

delle Ig del siero

• Secrete come pentameri

• Monomeri legati da ponti

disolfuro tra Cm3 e tra Cm4

• Catena J (joining)

– aggiunta prima di secrezione

– necessaria per polimerizzazione


IgM

• Prima classe di anticorpi a essere prodotta in una risposta primaria – già espresse prima del processo di ipermutazione somatica

• bassa affinità per antigene

– prima classe a essere sintetizzata nei neonati

• Valenza 10 – una IgM può legare 10 piccoli apteni – a causa dell’ingombro sterico in genere solo 5 molecole di antigeni più

grandi vengono legati – più efficace di altri isotipi nel legare antigeni con epitopi ripetuti

• es. polisaccaridi capsulari batterici

– alta avidità

• Molto efficace nell’attivazione del complemento – IgM >> IgG


IgG

• Monomeriche

• Principale isotipo presente nel sangue e nei fluidi interstiziali – 80% delle Ig del siero

• Alta affinità – generalmente espresse dopo

ipermutazione somatica / maturazione affinità

• Opsonizzazione patogeno per fagocitosi

• Attivazione complemento


Sottoclassi IgG

• Numero e posizione ponti disolfuro diversi • Dimensione regione cerniera diversa

• Diversa capacità di attivare complemento – IgG3 >>IgG1>IgG2, (IgG4 no)

• Protezione feto (passano placenta) – IgG1, IgG3


IgA IgA

(dimero)

Catena J

ponte

disolfuro

• 10% delle Ig del siero

• Largamente presente nelle secrezioni – saliva, lacrime, latte

– muco • tratto uro-genitale, bronchiale, digerente

• Nel siero generalmente monomeri

• Nelle secrezione dimeri – catena J (joining)

– necessaria per polimerizzazione

• Funzione neutralizzante – scarsa capacità opsonizzante e di

attivazione del complemento


Distribuzione delle diverse classi di anticorpi

In vivo serum half life

(days) 5 3 23 23 8 23 6 2.5


Transcitosi

• Il passaggio di anticorpi attraverso tessuti epiteliali è detto transcitosi

• La principale classe di anticorpi che va in contro a transcitosi è quella delle IgA – mucose del tratto respiratorio, gastrointestinale e urogenitale – latte materno

• In molti mammiferi diverse sottoclassi di IgG passano dalla madre al feto – gli Ab sono trasportati attraverso il tessuto placentare – nell’uomo avviene nell’ultimo trimestre di gravidanza

• fornisce al feto il repertorio di anticorpi della madre come protezione contro i patogeni


Secrezione IgA

• Le plasmacellule che secernono IgA migrano preferenzialmente nei tessuti sotto-epiteliali delle mucose

• Le IgA secrete sono legate dal recettore per molecole immunoglobuliniche polimeriche (poly-Ig) – presente su superficie baso-laterale

di cellule epiteliali mucosali

– riconosce catena J

Plasmacellula Cellule epiteliali

IgA secretoria


Secrezione IgA (segue)

• Il complesso IgA/poly-Ig viene internalizzato e trasportato al lume

• Il recettore poly-Ig viene tagliato e rilasciato legato al dimero di IgA

– costituisce il componente secretorio

• protegge cerniera da proteasi

• attraverso carboidrati lega mucine presenti nel muco e trattiene IgA “adese”

• Anche le IgM possono essere secrete con questo meccanismo – catena J

Plasmacellula Cellule epiteliali

IgA secretoria


Interazione antigene-anticorpo


Domini immunoglobulinici catena leggera

Ponte disolfuro

Ponte disolfuro

a.a. 112

a.a. 212


Figure 3-6 Variabilità degli aminoacidi nelle

regioni V delle Ig

Regione V catena pesante Regione V catena leggera

Variabili

tà

Variabili

tà

FR, frame region HV, hyper-variable region

Residuo Residuo


Figure 3-7 part 2 of 2 Complementary-Determing Regions

• Le 3 regioni HV

corrispondono ai 3 CDR

• Ciascun dominio VL e VH

presenta 3 CDR

• I 3 CDR di ciascuna

catena sono organizzati

spazialmente in modo da

costituire una superficie

complementare

all’antigene


I 3 CDR di ciascuna catena sono giustapposti per formare il sito di legame con l’antigene


Gli antigeni possono legarsi in tasche, grondaie, superfici estese,..


Antigene Anticorpo

VL

VH


Determinanti antigenici riconosciuti da anticorpi

Determinante conformazionale

Epitopo discontinuo

Determinante “lineare”

Epitopo continuo

Determinante perso

da denaturazione Ab lega il determinante

solo dopo denaturazione

Ab lega il determinante

sia nella proteina nativa

che denaturata

denaturazione

determinante accessibile

determinante

inaccessibile

denaturazione


Cambio conformazionale di Fab


Figure 3-9 Coinvolte diverse forze in interazione antigene-anticorpo


Forza dell’interazione antigene-anticorpo

• Ciascuna interazione è relativamente debole

– richiesto numero elevato di interazioni per avere un’interazione forte tra antigene e anticorpo

• Queste interazioni operano a distanza molto breve

– 10-7 mm = 1 angstrom, Å

• Una forte interazione Ag-Ab richiede quindi un elevato grado di complementarità tra Ag e Ab

– sebbene singole interazioni possano contribuire maggiormente


Affinità

• L’affinità degli anticorpi è una misura quantitativa della forza di legame

• L’insieme della forza dei legami non covalenti tra un singolo sito di legame di un determinato anticorpo e un singolo epitopo è l’affinità di quello anticorpo per quello epitopo

– kD 10-7-10-11 M – anticorpi a bassa affinità legano l’antigene debolmente e

tendono a dissociarsi velocemente – anticorpi ad alta affinità legano l’antigene e rimangono legati

più a lungo


Valenza e avidità nell’interazioni antigene-anticorpo

Monovalente

Bivalente

Polivalente Molto alta

Alta

Bassa

Valenza Avidità


Avidità • L’avidità degli anticorpi comprende l’affinità di siti di legame (Fab)

multipli

• L’affinità di un sito di legame (Fab) non sempre riflette la reale forza dell’interazione Ag-Ab

• Quando antigeni complessi contenenti epitopi ripetuti interagiscono con anticorpi dotati di siti multipli di legame, l’interazione di una molecola di anticorpo con una molecola di antigene in un sito, aumenterà la probabilità di reazione tra queste due molecole in un secondo sito

• La forza di queste interazioni multiple tra un anticorpo multivalente e l’antigene è detta avidità.

• Un’alta avidità può compensare una bassa affinità – le IgM hanno una bassa affinità (generalmente) ma un’elevata valenza

(sono pentameriche)


Fine specificità degli anticorpi

Raccolta del siero

Reazione siero con:

Legame degli

anticorpi con aptene

Animali immunizzati

con meta-azobenzene-

sulfonate coniugato a

una proteina


Funzioni effettrici degli anticorpi


Funzioni effettrici mediate da anticorpi

• Gli anticorpi inducono risposte effettrici che risultano nella rimozione/uccisione del patogeno – in genere il semplice legame dell’anticorpo non

rimuove/uccide il patogeno

• La funzione effettrice dell’anticorpo è determinata dal tipo di catena pesante che costituisce lo Fc

• Fc interagisce con proteine presenti nel siero o recettori presenti sulla membrana di alcune cellule


Meccanismi effettori degli anticorpi

Opsonizzazione

Neutralizzazione

ADCC

Attivazione complemento

Fagocitosi patogeni opsonizzati con

frammenti complemento

Infiammazione

Lisi microbi


Neutralizzazione

• IgG e IgA ad elevata affinità possono inibire l’infettività di virus ed altri patogeni

• IgA presenti sulla superficie mucosale di tratto intestinale, respiratorio e riproduttivo prevengono le infezioni inibendo l’adesione di batteri, virus ed altri patogeni

Il patogeno infetta

la cellula

L’anticorpo blocca il

legame del patogeno alla

cellula e l’infezione


Neutralizzazione

• IgG e IgA ad elevata affinità possono neutralizzare tossine batteriche inibendone la capacità di legarsi a recettori cellulari

Effetto patologico

della tossina

L’anticorpo blocca il

legame della tossina

al recettore cellulare

vaccinazione anti-tetanica


Opsonizzazione

• Promozione della fagocitosi di antigeni da parte di macrofagi e neutrofili

• Importante nella difesa da infezioni batteriche

• Recettori per Fc sono presenti sulla membrana di macrofagi e neutrofili

• Il legame dei recettori per Fc con complessi Ab-Ag attiva la fagocitosi

• All’interno del fagocita il patogeno diventa il bersaglio di diversi processi distruttivi (digestione enzimatica, danno ossidativo)


Recettori per Fc

• I leucociti esprimono recettori Fc che legano la regione costante degli anticorpi

– esistono FcR per i diversi isotipi di catene pesanti

– promuovono fagocitosi

– trasmettono segnali che attivano processi antimicrobici o regolativi delle funzioni cellulari


Recettori Fcg (FcgR)

• FcgRI (CD64) – principale recettore che

promuove fagocitosi – espresso su macrofagi e

neutrofili – lega IgG1 e IgG3 ad alta

affinità nell’uomo • in topo lega IgG2a e IgG2b

– presenta 3 domini immunoglobulinici

– è associato a un dimero di catene g

• contengono 1 sequenza ITAM ciascuna


Opsonizzazione fagocitosi

Opsonizzazione Legame patogeno

opsonizzato a FcgRI (CD64)

FcgRI (CD64) attiva

fagocitosi Fagocitosi

Eliminazione patogeno

FcgRI lega con alta affinità gli anticorpi che sono legati ad un antigene


Antibody-Dependent Cell-mediated Cytotoxicity (ADCC)

• Le cellule NK riconoscono le IgG legate e lisano la cellula cui sono legate

– l’anticorpo quindi permette di riconoscere specificamente la cellula bersaglio e di attivare il meccanismo effettore svolto dalla cellula NK

FcgRIII-A (CD16)



FcgRIII-A (CD16)

• Alcuni anticorpi usati in immunoterapia anti-tumorale sfruttano (anche) la ADCC • es: anticorpi anti-CD20 (Rituximab) nella terapia dei linfomi B


Recettore per la catena e ad alta affinità (FceRI)

• Lega IgE con domini immunoglobulinici

• catene b e g

• trasducono segnali

• contengono sequenze ITAM

• associano chinasi Syk e Lyn



• Gli eosinofili esprimono recettori ad alta affinità per il Fc delle IgE (FceRI)

– l’anticorpo permette di riconoscere specificamente il parassita bersaglio e di attivare il meccanismo effettore svolto dagli eosinofili

• rilascio di granuli


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